20.46 Compare as estruturas e as propriedades dos fósforos branco e vermelho.

Passo 1

O enunciado pede para comparar os alótropos de fósforo “branco” e “vermelho”: suas estruturas cristalinas ou moleculares, as ligações, e como isso afeta propriedades como reatividade, estabilidade térmica, solubilidade, toxicidade e aplicações. Vamos primeiro descrever cada alótropo separadamente e depois juntar os pontos em uma comparação direta.

Passo 2

Estrutura do fósforo branco
O fósforo branco é formado por moléculas discretais de quatro átomos de fósforo dispostos em um tetraedro regular. Cada vértice do tetraedro é um átomo de fósforo, e cada aresta corresponde a uma ligação simples P–P. A fórmula molecular é
\text{P}_4.
Devido ao ângulo de ligação de aproximadamente 60^\circ (bem menor que o 109,5^\circ ideal em ligações simples s p^{3}), há grande tensão angular nas ligações, o que torna a molécula muito energética e instável.

Passo 3

Propriedades do fósforo branco
– Ponto de fusão relativamente baixo, cerca de 44^\circ\text{C}, pois são moléculas isoladas unidas por forças de Van der Waals.
– Extremamente reativo: oxida espontaneamente no ar, chegando a inflamar-se.
– Muito tóxico: ao ser ingerido ou mesmo manuseado em recipiente aberto, libera vapores que causam danos hepáticos e cutâneos.
– Solúvel em solventes apolares (por ex., tetracloreto de carbono) e insolúvel em água.
– Brilha no escuro (quimioluminescência) graças à lenta oxidação superficial.

Passo 4

Estrutura do fósforo vermelho
O fósforo vermelho não existe como moléculas \text{P}_4 isoladas, mas sim como uma rede amorfa (ou policristalina) de átomos de fósforo ligados em cadeia e anéis, formando um polímero de ligações simples P–P com ângulos mais próximos de 100^\circ a 110^\circ. Essa rede não tem tensão angular significativa.

Passo 5

Propriedades do fósforo vermelho
– Ponto de fusão muito mais alto (acima de 590^\circ\text{C}) devido à rede covalente tridimensional.
– Quimicamente mais estável: não inflama no ar a temperaturas ambientes e não apresenta quimioluminescência.
– Pouco tóxico em comparação ao branco; pode ser manuseado com cuidados normais de laboratório.
– Insolúvel em solventes comuns, tanto polares quanto apolares, por ser uma rede ligada.
– Usado na cabeça de fósforos de segurança (na superfície do papelão), na produção de materiais retardantes de chama e semicondutores.

Passo 6

Comparação direta
– Estrutura: o branco é molecular ( \text{P}_4, tetraedro tenso); o vermelho é uma rede polimérica estável.
– Estabilidade: o branco é muito instável e reativo; o vermelho é termicamente estável.
– Ponto de fusão: cerca de 44^\circ\text{C} (branco) versus acima de 590^\circ\text{C} (vermelho).
– Toxicidade e manuseio: o branco é altamente tóxico e inflamável; o vermelho é relativamente inócuo e não inflama ao ar.
– Solubilidade: o branco dissolve-se em solventes apolares; o vermelho é praticamente insolúvel.
– Aplicações: o branco é usado em sínteses químicas sob condições controladas; o vermelho aparece em fósforos de segurança e materiais retardantes de chama.

Resposta

O fósforo branco ( \text{P}_4) é molecular, tenso e altamente reativo, com baixo ponto de fusão ( 44^\circ\text{C}), solúvel em apolares, tóxico e inflamável. O vermelho é uma rede covalente amorfa, termicamente estável (fusão >590^\circ\text{C}), insolúvel, pouco tóxico e usado em fósforos de segurança e retardantes de chama.

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